机械工程材料 课件 单元七 机械零件材料的选用

单元七

机械零件材料的选择机械工程材料模块1机械零件的失效模块2机械零件材料选择的一般原则模块3典型零件选材实例单元主要内容本单元将从“失效分析”切入，反向推导材料选择的逻辑。不仅掌握材料的基本性能，更要学会结合工况、成本与加工工艺进行综合决策，建立从理论到工程实践的完整认知闭环。模块1机械零件的失效一、失效的概念及特征任何机械零件都有其特定的功能,如实现规定的机械运动,传递力和能等。

产品在使用过程中失去原设计所规定的功能称为失效。

零件失效是指机械零件在使用过程中由于尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而引起的不能实现指定功能的现象。失效常见特征:零件完全破坏已不能正常工作

、

零件工作不能达到设计的功效、

零件已严重损伤继续工作不安全

。模块1

机械零件的失效二、失效的类型断裂失效:零件最严重的失效形式,因零件承载过大或因疲劳损伤等发生破断,断裂方式有塑性断裂、

脆性断裂、

疲劳断裂、

蠕变断裂(断口分析)。过量变形失效:零件变形量超过允许范围而造成的失效,主要有过量弹性变形失效和过量塑性变形失效

。表面损伤失效:零件表面及附近的材料发生尺寸变化和表面破坏的失效现象,主要有表面磨损失效、

表面腐蚀失效、

表面疲劳失效

。裂纹失效:零件内外的微裂纹在外力作用下扩展,造成零件断裂的现象,主要由于材料选取不当、

工艺制定不合理而造成。模块1

机械零件的失效三、失效的原因1.设计不合理最常见的由设计造成失效的原因是结构或形状设计不合理,使得零件在高应力处存在机械缺口,造成应力集中。

对零件在工作中所承受的载荷类型和大小判断错误则是设计上造成零件失效的另一个原因。2.选材不合理许多机械零件的失效是由于材质不良引起,选材不当或材料本身的缺陷是材料方面导致零件失效的两个主要原因。

3.加工工艺不当机械零件在加工制造过程中,加工工艺制定不恰当以及操作者的失误或意外损伤都有可能造成零件的失效。

例如,冷加工不当可造成过高的残余应力

、

过深的刀痕以及磨

削裂纹等。4.安装使用不正确安装时配合过松、

过紧,对中不准。

使用中不按工艺规程操作和维修,保养不善或过载使用等。模块1

机械零件的失效模块2机械零件材料选择的一般原则一、使用性能的考虑材料的使用性能是选材的重要依据,常将力学性能作为保证和评价使用性能的主要方面。不同零件所要求的使用性能是不同的,即使是同一零件,有时不同部位所要求的性能也不相同。因此,选材之前要分析零件的工作条件、失效形式。二、工艺性能的考虑锻造性:锻造该材料的难易程度,影响因素主要是材料的化学成分、内部组织结构以及变形条件。焊接性:一定的焊接工艺条件下材料获得优质焊接接头的难易程度。切削加工性:材料切削加工的难易程度决定,易切削钢、中碳钢、一般有色金属的切削加工性好,而高强度钢、耐热钢、不锈钢的切削加工性较差。热处理性能:材料对热处理加工的适应性能,一般指材料的淬透性、淬硬性、氧化和脱碳倾向、变形开裂倾向、过热过烧倾向、回火。模块2

机械零件材料选择的一般原则三、经济性的考虑选材的经济性原则是在满足使用性能要求的前提下,采用便宜的材料,使零件的总成本,包括材料的价格、

加工费、

试验研究费、

维修管理费等达到最低,以取得最大的经济效益。

为此,材料选用应充分利用资源优势,尽可能采用标准化、

通用化的材料,以降低原材料成本、

减少运输、

实验研究费用。

选用一般碳钢和铸铁能满足要求的,就不应选用合金钢在满足使用性能要求的条件下,可以铁代钢,以铸代锻、

以焊代锻,碳钢代替合金钢,以低合金钢代替高合金钢,以工程塑料代替钢和铁,有效地降低材料成本、

简化加工工艺。模块2

机械零件材料选择的一般原则模块3典型零件选材实例实例1：齿轮类零件的选材与工艺分析对于齿轮类零件的选材与工艺分析，需要考虑到以下几个方面：1.材料选取齿轮传动应力特点：齿轮在传动过程中承受较大的压力和扭矩，因此选材时要考虑其强度和耐磨性。常用材料：一般常见的齿轮材料包括优质碳素结构钢、合金钢、不锈钢、铝合金等。具体选择应根据工作环境、负载情况、使用寿命要求等因素综合考虑。硬度要求：齿轮工作表面需要一定的硬度保证耐磨性，可通过热处理或表面处理提高硬度。模块3

典型零件选材实例2.热处理方法对于要求较高的齿轮，常需要进行表面热处理，以提高轮齿表面的硬度和耐磨性。材料为低碳钢或低碳合金钢时，采用渗碳-淬火-低温回火；材料为中碳钢或中碳合金钢时，采用调质-表面淬火-低温